摘要：本论文光盘库的机械手研究对象，提出来具自动抓取光盘的结构设计系统方案。根据功能需要，合理布局，进行机械结构设计；最后，通过样机实验，证明了机械手抓取控制系统的准确性，表明了设计方案的可行性。本论文对于在光盘库结构设计有一定参考价值.
关键词：光盘库；机械手；控制系统
引言
信目前，越来越多的公司已经开展了节能环保方面的创新，包括减少碳排放量，减少污染，回收再利用，科技创新等。而最直接的就是通过电子的形式，特别是用刻录进行分发和存储资料，从而减少用纸用墨，这已成为很多企业的多赢选择，减少纸张消耗，节省成本和减轻对环境的压力，实现企业和社会共赢。本论文设置的机械手装置，通过控制机械手自动将空白光盘放入刻录机。完成拷贝后，机械手将已刻录的数据光盘从光盘匣子中取出，然后再放入新的空白盘。光盘库还有光盘存档编码打标功能，可直接在一完成刻录光盘背面打印用户自己设计的盘标。
1初始化模块
二轴机械手它是以步进电机作为其动力源，然后以螺旋传动的形式带动丝杠螺母，丝杠的旋转实现滑块的左右移动。考虑到光盘有水平和竖直方向的移动，这里采用两组丝杠导轨。丝杠导轨型号的选择是根据要实现光盘的刻录和读取，还有能到达左右两个光盘储盒。所以滑块中心到达的位置必须要大于刻录机，读取机和两个光盘储盒半径的和，也要加上一定的间距用来固定刻录机和读取机。根据相关数据的了解，水平方向长导轨的型号选择为HIWIN KK60，其全长为670mm，轨道长度为600mm。竖直方向短导轨的选择是其轨道长度要大于刻录机高度与光盘储盒内光盘装满时总厚度60mm(1.2mm×50),在此基础上选择了HIWIN KK50,其全长为370mm,轨道长度为300mm。
为了保证导轨按照上下左右位移直线运动，不发生偏斜和旋转，达到移动光盘的目的，需要设计基板、支架和连接板。在设计基板时，是参考所有台面上部件的长度总和和宽度最宽的部分。设计左右对称的两个支撑板组，小底板与正面支架和侧面支架都用螺钉连接，正面支架和侧面支架之前也用螺钉连接。小底板与基板也用螺钉连接。根据导轨的安装孔，设计与正面支架相配合的连接件。根据横向长导轨滑块与纵向放置的短导轨滑块的安装孔，设计长短导轨连接件。
2.步进电机的选择
（1）驱动机构部的规格及运行条件
工作台及工作物的总质量：m=[4.2(kk60)+1.6(kk50)+1.52（零件质量）+0.08（夹持头质量）+0.015（光盘质量)]=7.5kg
①时选用电动机
②依据转速-转矩特性来确定电动机
ARL46AA-◇的惯性比在30以下，因此0.86即可判断可以运行。
3微型电磁驱动光盘夹持头的机构设计
本光盘库的夹持头主要用于夹取光盘，普通标准光盘外径为120m，内径为15mm,厚度为1.2mm。为了能比较平稳的移动光盘，选择夹持头从光盘内径夹取光盘。图2-4为本文设 计的夹持结构,本夹持头由铁芯、弹簧、夹持头主架、膨胀轴、夹持头连杆、四个钢珠、钢柱吸附件七部分组成，
其布局结构，铁芯与电磁铁相连，铁芯和电磁铁一起固定在夹持头安装件上面。夹持头安装件通过连接板与竖直方向导轨上滑块相连。在夹持头内部，膨胀轴与夹持头主架通过螺纹连接；夹持头连杆与夹持头主架孔轴配合；钢珠吸附件从夹持头主架四个孔插入膨胀轴内与之对齐的四个槽内，钢珠吸附件结构如图2-7所示；四个钢珠在膨胀轴与夹持头主架配合之前就放入四个槽中；铁芯在与夹持头杆通过螺纹连接的同时将钢珠吸附件卡在二者之间，让其可以随拉杆和夹持头连杆上下运动而产生相同的运动；弹簧绕在铁芯上，当通电时可以使钢珠吸附件产生磁性。
工作原理如下：当电磁铁通电时，电磁铁拉杆向上运动，带动铁芯和夹持头杆以及钢珠吸附件向上运动，绕在铁芯上的线圈通电，这时槽内的四个钢珠随钢珠吸附件的楔形块吸进，通过夹持头向下运动即可以让光盘进入夹持头主架与钢珠之间，从而实现定位。当电磁铁断电时，电磁铁拉杆向下运动，带动铁芯和夹持头连杆以及钢珠吸附件向下运动，此时，钢珠吸附件的楔形部件顶出四个钢珠向外运动，此时光盘就可以被夹持头夹紧了。夹取和松开光盘的动作顺序图分别如图2-8所示。
图2-8 夹取光盘动作图
3夹持头的行程限定
夹持头在夹取光盘的过程中，每次只能夹取一张光盘，考虑到光盘的厚度是1.2mm,内径是15mm,所以对于每次只夹取一张光盘的动作是这样实现的：当夹持头在下降到一定距离（此距离由复位点和光盘储盒高度位置确定）时，电磁铁通电，拉杆带动钢珠吸附件向上运动，环绕在铁芯上的线圈也通电，这样钢珠吸附件就可以吸附钢珠，让其向内收缩，让光盘可以进去。当夹持头下降到接触开关接触到光盘时，此时夹持头已经能让一片光盘进入夹持头主架和钢珠之间，夹持头停止向下运动，电磁铁断电，绕在铁芯上的弹簧也断电，在弹簧的作用下，拉杆和钢珠吸附件一起向下运动，钢珠吸附件的楔形面将钢珠顶出，此时即可以夹取光盘。夹取的光盘就可以随夹持头移动到相应的位置了。当要松开光盘时，电磁铁通电，绕在铁芯外的线圈通电，钢珠吸附件吸附钢珠向内运动，光盘的内径大于膨胀轴的直径，光盘落下。
下图2-10即为根据动作要求设计的当钢珠顶出时的结构尺寸图，当光盘顶出时，夹持头主架和钢珠之间可以容纳一张厚度和内径符合尺寸要求的光盘，因为钢珠的伸出是靠弹簧的弹力带动铁芯和钢珠吸附件向下运动的。所以钢珠在轨道内的伸缩是有弹性的，即光盘的内径可以将钢珠向内顶直到他们的位置完全贴合为止。
图2-9 二轴机械手
本直角坐标二轴机械手的工作原理是：当接收到左右或上下运动的信号时，电机旋转，经过丝杠螺杆，滑块运动到指定的位置。
4.结语
综上，实现了光盘库机械手的结构设计,光盘库在取放光盘时,可以准确达到预定的位点,进行读写操作,达到了光盘库结构设置的基本要求.
参考文献：
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[2] 刘宝志.步进电机的精确控制方法研究[D].山东大学，2010.
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[4] 林寅斌.冲击试样加工中心集成控制系统的研究[D].哈尔滨工业大学，2006.
论文作者:周国成,姚晓同
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
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